KR102656173B1 - 고체산화물연료전지시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체산화물연료전지시스템에 관한 것이다. 본 발명은 상호 적층되는 복수 개의 셀로 이루어진 스택; 셀 사이에 개재되고, 스택의 내부온도를 측정하여 온도데이터를 생성하는 적어도 하나 이상의 온도센서; 및 온도데이터를 단말기에 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

고체산화물연료전지시스템{SOLID OXIDE FUEL CELL SYSTEM}
본 발명은 고체산화물연료전지시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 고체산화물연료전지(SOFC)는 고온에서 연료와 산화제의 전기화학적 반응을 통해 전기를 발생시키는 장치이다.
고체산화물연료전지는 고체세라믹을 전해질로 갖고 700~1000℃라는 극고온에서 작동하며, 이로 인해 발전효율이 높고 전해질을 보충해주는 등의 문제에서 자유롭다.
고체산화물연료전지는 다수의 단위 셀(111)cell)을 적층하여 사용하며, 1개의 셀 당 약 1V의 전압을 생성하는데 다수의 단위 셀을 적층하고 셀들의 면적을 늘려 고전압 출력을 얻을 수 있으며, 이와 같이 다수의 단위 셀을 적층한 것을 스택(110)stack)이라 한다.
이때, 셀 사이를 가스 밀봉하기 위해 세라믹 소재를 이용하여 접합되기 때문에 스택은 조립 및 운전 이후 교체(수정)가 불가능하다.
또한, 고온 환경 속에서 세라믹 전해질과 전극, 그리고 금속 재료의 열 하중은 스택 내의 구조적 안전성이 취약해지며, 시동과 운전의 반복적인 사이클 운전은 피로 하중을 일으켜 전해질 및 전극에 크나큰 위협을 가할 수 있다.
본 발명의 목적은 스택의 내부온도를 측정할 수 있고, 이상이 있는 스택을 교체할 수 있는 고체산화물연료전지시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 상호 적층되는 복수 개의 셀로 이루어진 스택; 셀 사이에 개재되고, 스택의 내부온도를 측정하여 온도데이터를 생성하는 적어도 하나 이상의 온도센서; 및 온도데이터를 단말기에 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 온도센서는 셀에 접하는 분리판; 및 분리판에 설치되는 열전대를 포함할 수 있다.
본 발명에서 제어부는 온도데이터를 수집하는 수집부; 온도데이터를 저장하는 데이터베이스; 온도데이터에 기초하여 스택의 온도에 대한 패턴데이터를 산출하는 분석부; 및 온도데이터와 패턴데이터를 실시간 비교하여 스택의 이상에 대한 예상데이터를 산출하는 예보부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 제어부는 온도데이터, 패턴데이터 및 예상데이터 중 적어도 하나를 단말기에 출력하여 시각화하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 고체산화물연료전지시스템은 스택 간에 온도센서가 개재됨으로써 스택을 복수 개로 모듈화할 수 있다.
또한, 스택이 모듈화됨으로써 이상이 생긴 스택과 온도센서만 따로 분리할 수 있어서 유지보수가 용이하다.
또한, 스택의 내부온도와 온도분포를 실시간으로 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고체산화물연료전지시스템의 블록도이다.
도 2,3은 순차적으로 도 1에 도시된 스택의 사시도, 분해사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 스택에 매니폴드가 설치된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 제어부의 블록도이다.
도 6은 도 5에 도시된 분석부의 블록도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 고체산화물연료전지시스템에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고체산화물연료전지시스템의 블록도이고, 도 2,3은 순차적으로 도 1에 도시된 스택의 사시도, 분해사시도이며, 도 4는 도 2에 도시된 스택에 매니폴드가 설치된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 고체산화물연료전지시스템(100, 이하, '시스템'이라 함)은 상호 적층되는 복수 개의 셀(111)로 이루어진 스택(110), 상기 셀(111) 사이에 개재되고, 상기 스택(110)의 내부온도를 측정하여 온도데이터를 생성하는 적어도 하나 이상의 온도센서(120), 상기 온도데이터를 단말기(10)에 출력하는 제어부(130)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 스택(110) 간에 상기 온도센서(120)가 개재됨으로써 상기 스택(110)을 복수 개로 모듈화할 수 있다.
또한, 상기 스택(110)이 모듈화됨으로써 이상이 생긴 상기 스택(110)과 온도센서(120)만 따로 분리할 수 있어서 유지보수가 용이하다.
또한, 상기 스택(110)의 내부온도와 온도분포를 실시간으로 확인할 수 있다.
상기 스택(110)은 육면체로 형성되며, 각 셀(111)에는 연료극과 공기극이 구비되며, 도 4에 도시된 매니폴드(140)에 구비된 연료유입구와 공기유입구를 통해서 연료극으로 연료가 공급되고, 공기극으로 공기가 공급될 수 있다.
상기 온도센서(120)는 상기 셀(111)에 접하는 분리판(121), 상기 분리판(121)에 설치되는 열전대(122, Thermocouple)를 포함하고, 상기 분리판(121)은 상기 셀(111)의 분리판과 같은 크기와 재질로 제작되어 상기 셀에 적층이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.
상기 열전대(122)는 판상 형태로서, 상기 분리판(121)의 중심에 형성되는 통공(121a)에 삽입되어 상기 분리판(121)과 일체로 형성되고, 상기 스택(110)의 온도분포를 측정하기 위해 복수 개의 온도측정지점(122a)을 포함할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 제어부의 블록도이다.
상기 제어부(130)는 상기 온도데이터를 수집하는 수집부(131), 상기 온도데이터를 저장하는 데이터베이스(132), 상기 온도데이터에 기초하여 상기 스택(110)의 온도에 대한 패턴데이터를 산출하는 분석부(133), 상기 온도데이터와 패턴데이터를 실시간 비교하여 상기 스택(110)의 이상에 대한 예상데이터를 산출하는 예보부(134)를 포함할 수 있다.
상기 수집부(131)는 상기 열전대(122)에 연결되는 와이어(123)를 매개로 상기 온도데이터를 수집할 수 있다.
상기 데이터베이스(132)는 상기 수집부(131)로부터 수집된 상기 온도데이터를 저장할 수 있으며, 상기 온도데이터는 모듈별 상기 스택(110)의 전체온도, 부분온도 및 상기 스택(110)의 면적별 온도분포와 같이 상기 스택(110)의 온도와 관련된 정보가 해당될 수 있다.
상기 분석부(133)는 상기 데이터베이스(132)에 저장된 상기 온도데이터에 기초하여 상기 스택(110)의 온도에 대한 패턴데이터를 산출할 수 있다.
상기 예보부(134)는 상기 분석부(133)로부터 산출된 상기 패턴데이터와, 상기 데이터베이스(132)에 저장된 상기 온도데이터를 실시간 비교하여 상기 스택(110)의 이상에 대한 상기 예상데이터를 산출할 수 있다.
상기 분석부(133)는 학습부(133a), 패턴추론부(133b)를 포함한다.
도 6은 도 5에 도시된 분석부의 블록도이다.
상기 학습부(133a)는 상기 스택(110)의 이상이 발생한 시점의 상기 온도데이터를 반복적으로 학습한다.
상기 패턴추론부(133b)는 상기 학습부(133a)의 학습에 기초하여 상기 스택(110)의 이상패턴을 추론하여 패턴데이터를 산출하고 저장한다.
상기 예보부(134)는 상기 학습부(133a)로부터 산출된 패턴데이터와, 상기 데이터베이스(132)에 저장된 상기 온도데이터를 실시간 비교하여 상기 스택(110)의 이상에 대한 상기 예상데이터를 산출한다.
즉, 상기 예보부(134)는 상기 패턴데이터와 온도데이터를 비교하여 상기 스택(110)의 이상이 발생하는 상기 스택(110)의 온도, 온도분포, 시점을 미리 파악할 수 있다.
상기 제어부(130)는 상기 온도데이터, 패턴데이터 및 예상데이터 중 적어도 하나를 상기 단말기(10)에 출력하여 시각화하는 출력부(135)를 더 포함할 수 있다.
상기 단말기(10)는 컴퓨터(PC), 휴대폰 또는 스마트폰 등의 공지의 스마트기기가 사용될 수 있다.
상기 출력부(135)에 의해 상기 온도데이터, 패턴데이터 및 예상데이터가 상기 단말기(10)에 전송되어 출력되어 관리자가 실시간으로 이를 확인할 수 있다.
상기 시스템(100)은 경고부(136)를 더 포함하며, 상기 경고부(136)는 상기 예보부(134)로부터 산출된 상기 예상데이터에 기초하여, 상기 예상데이터의 산출시점이 상기 스택(110)의 이상이 발생하는 시점으로부터 기설정된 시점 이내에 속하는 경우 경고신호를 생성한다.
상기 경고부(136)는 생성된 경고신호를 상기 단말기(10)에 도시하거나, 스피커를 통해 알람을 발생하여 관리자에게 상기 스택(110)의 보수시점이 임박했음을 알릴 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고체산화물연료전지시스템은 스택 간에 온도센서가 개재됨으로써 스택을 복수 개로 모듈화할 수 있다.
또한, 스택이 모듈화됨으로써 이상이 생긴 스택과 온도센서만 따로 분리할 수 있어서 유지보수가 용이하다.
또한, 스택의 내부온도와 온도분포를 실시간으로 확인할 수 있다.
상기와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 고체산화물연료전지시스템 110 : 스택
120 : 온도센서 130 : 제어부
140 : 매니폴드

Claims (4)

  1. 상호 적층되는 복수 개의 셀로 이루어진 스택;
    상기 셀 사이에 개재되고, 상기 스택의 내부온도를 측정하여 온도데이터를 생성하는 적어도 하나 이상의 온도센서; 및
    상기 온도데이터를 단말기에 출력하는 제어부를 포함하며,
    상기 온도센서는,
    상기 셀에 접하는 분리판; 및
    상기 분리판에 설치되는 열전대
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물연료전지시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 온도데이터를 수집하는 수집부;
    상기 온도데이터를 저장하는 데이터베이스;
    상기 온도데이터에 기초하여 상기 스택의 온도에 대한 패턴데이터를 산출하는 분석부; 및
    상기 온도데이터와 패턴데이터를 실시간 비교하여 상기 스택의 이상에 대한 예상데이터를 산출하는 예보부;
    를 포함하는 고체산화물연료전지시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 온도데이터, 패턴데이터 및 예상데이터 중 적어도 하나를 상기 단말기에 출력하여 시각화하는 출력부를 더 포함하는 고체산화물연료전지시스템.
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